(61) 1394321
(21)4354891/07
(22)04.01.88
(46) 07.01.91. Бюп, № 1
(72) Ю. Н. Стулов и М. Л. Шагин
(53)621.316.925(088.8)
(56) Авторское свидетельство СССР ff 1394321, кл. Н 02 Н 7/08, 1986.
(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, ПИТАЕМОГО ОТ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ, ОТ РАБОТЫ НА ДВУХ ФАЗАХ
(57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - расширение допустимого диапазона изменения частоты выходного напряжения преобра - зователя. Ложные срабатывания устройства защиты при работе на малых частотах исключаются за счет того, что опрос состояния порогового элемента 10 производится лишь на коротком интервале времени, когда на третьем входе элемента И 11 присутствует импульс синхронизации с выхода блока 13. 2 ил.
Сеть
&W
(-j-У--Ч
JjЈ)
ОЭ
се со о ел
1Ч
Фиг1
Изобретение относится к электротех1 кккс, может быть использовано для защиты трехфазных асинхронных двигателей, питаемых от преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока, при обрыве одной из фаз двигателя и является усовершенствова - нием устройства по авт. св. № 1394321.
Цель изобретения расширение до- пустимого диапазона изменения частоты выходного напряжения преобразователя.
На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы напряжений, пояс- няющие работу устройства.
Устройство для защиты содержит преобразователь 1 частоты, в который входит управляемый выпрямитель 2, подключенный через силовой фильтр 3 и датчик 4 тока к инвертору 5 напряже- нит, к выходу которого подключен асинхронный двигатель 6, вход управления - вертора 5 напряжения подключен к г.ервому выходу блока 7 управления, второй выход которого подключен к вхо ДУ управления выпрямителя 2„ На первый вход блока 1 управления подается напряжение задания частоты вращения асинхронного двигателя 6, выход датчика / тока подключен через после доватсльно соединенчые блок 8 выделения модуля и фильтр 9 к входу nopoiо- вого элемента 105 выход готорого подключен к первому входу элемента И 11, второй вход которого через блок 12 задержки подключен к третьему выходу блока 7 управления. Третий вход элемента И 11 подключен через блок 13 формирования длительности импульсов синхронизации к четвертому выходу блока 7 управления, а выход элемента И 11 подключен к второму входу блока 7 управления.
Блок 7 управления выполнен по типовой схеме и содержится, например, в преобразователе частоты типа ПЧС-1,0 Блок формирования длительности импульсов синхронизации может быть вы
полней, например, в виде формирователя коротких импульсов.
Устройство работает следующим образом.
ИнАормаичя о токе, протекающем в фазаг обмотки статора асинхронного двигателя, снимается с датчика .4 тока, вклю ;енного во входную силовую цепь инвертора 5 напряжения. В простейшем случае в качестве датчика 4
g
5
0 5 .-
0
5
45
0
5
тока может быть использован резистор из нихромовой проволоки. В нормали,;ом режиме работы асинхронного дчьг г.1 i, 6 напряжение на датчике 4 тока представляет собой последовательность импульсов с частотой, в шесть раз превышающей частоту выходного напряжения преобразователя 1 частоты. В зависимо - сти от коэффициента мощности асинхрон - ного двигателя и режима его работы (режим двигателя или генератора) импульсы могут быть двухполярными, од- нополярными без постоянной составляющей или однополярными с постоянной составляющей.
В исходном состоянии, когда преобразователь 1 частоты выключен, выходные напряжения датчика 4 тока, блока 8 выделения модуля и фильтра 9 равны нулю. На выходе порогового элемента 10 и соответственно на первом входе элемента И 11 присутствует сигнал логическая 1, что свидетельствует об отсутствии тока в фазах асинхронного двигателя 6. Однако дальнейшее прохождение этого сигнала заблокировано наличием сигнала логического О, поступающего на второй вход элемента И 11 с выхода блока 12 задержки. На выходе элемента И 11 присутствует сигнал логический О.
При включении преобразователя 1 ча - сготы (момент времени t, фиг, 2) на входе блока 12 задержки появляется сигнал логической , а на выходе . преобразователя - напряжение, частота которого определяется амплитудой напряжения изад. На интервале времени t ( - t5 ч асинхронном дъигателе имеет место электромагнитный переходный процесс установления фазных токов, В течение этого времени поток и огибающая амплитуды импульсов входного тока инвертора 5 напряжения нарастают по экспоненциальному закону с постоянной времени медленной апериодической составляющей, создающей основной поток при включении неподвижного асинхронного двигателя.
На вход блока 13 формирования длительности импульсов синхронизации поступают импульсы прямоугольной формы с выхода блока 7 управления. В качестве импульсов синхронизации работы устройства защиты используется последовательность выходных импульсов управляемого генератора, который является неотъемлемой частью канала управления
51ft
частотой выходного напряжения преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока. Частот. следования выходных импульсов управляемого генератора в шесть раз превышает частоту выходного напряжения преобразователя. Появление каждого импульса генератора приводит к изменению состояния триггеров кольцевого распределителя импульсов в блоке управления, переключению силовых ключей в инверторе 5 напряжения ч, как следствие этого переключения, к скачкообразному изменению мгновенных значений амплитуды входного тока инвертора 5 напряжения и выходного напряжения блока 8 выделения модуля (фиг. 2).
Напряжение, поступающее с датчика 4 тока, преобразуется блоком 8 выделения модуля в напряжение положительной полярности. Коэффициент усиления блока 8 выделения модуля выбирается такой, чтобы напряжение на его выходе достигало значения напряжения насыщения уже при токе двигателя порядка 0,1-0,2 от номинального, что обеспечивает надежную работу устройства в широком диапазоне изменения тока, пот ребляемого двигателем от преобразователя частоты. Увеличение выходного напряжения блока 8 выделения модуля сопровождается соответствующим увеличением выходного напряжения фильтра 9. В момент времени t2 оно достигает зна - чения опорного напряжения порогового элемента 10, который переключается, и на РГО выходе устанавливается сигнал логического О, что свидетельствует об отсутствии обрыьа фазы асинхронного двигателя 6. В момент времени t на выходе блока 12 задержки устанавливается сигнал логической 1 и блокировка элемента И 11 снимается. Устройство защиты готово к работе.
На интервале времени t - tg имеет место нормальный режим работы асинхронного двигателя 6 (обрыв фазы отсутствует) . В этом режиме импульсы тока на датчике 4 могут быть двухпо - лярные и однополярные с постоянной составляющей или без нее в зависимо- сти от коэффициента мощности асинхронного двигателя и режима его работы.
С точки зрения возможности появления ложных срабатываний устройства защиты наиболее критичным является режим работы асинхронного ,чвига еля, при котором отсутствует постоянная
5й
составляющая во входном токе инвертора напряжения, поэтому на фиг. 2 при -. ведены эпюры напряжении именно для этого режима работы. Постоянная вре - мени фильтра 9 выбирается такой, что - бы напряжение на выходе фильтра не успевало уменьшаться за время задержки на включение очередного ключа ин- „ вертора 5 до значения, равного опорному напряжению порогового элемента 10 (задержка на включение для исключения режима сквозных токов в инверторе 5 напряжения выбирается на прак тике равной 10-30 мкс). Выполнение этого условия гарантирует исключение ложных срабатываний устройства защиты в моменты появления кратковременных бестоковьгх интервалов в кривой
0 входного тока инвертора 5 напряжения, имеющих место при переключении ключей (фиг. 2, интервалы времени t - tg). При обрыве одной из фаз асинхронного двигателя 6 (момент времени t7)
5 вид последовательности импульсов с датчика 4 тока существенным образом изменяется по сравнению с нормальным режимом работы. Во-первых, в три раза уменьшается частота следования им0 пульсов, и в 1,5 раза и более увеличивается их амплитуда. Во-вторых, в последовательности импульсов дважды за период выходного напряжения преобразователя 1 частоты имеют место бестоковые интервалы, длительностью 1/6 часть периода выходного напряжения преобразователя, которые используются для идентификации режима обрыва фазы в асинхронном двигателе.
. На интервалах бестоковых пауз, обусловленных обрывом одной из фаз, напряжения на выходах датчика 4 тока и блока 8 выделения модуля скачкообразно уменьшаются до нулевого значения, что приводит к уменъше гию выходного напряжения фильтра 9. В момент времени tj оно достигает значения напряжения на опорном входе порогового элемента 10, который переключается, и на
5
его выходе формируется сигнал логической 1, что свидетельствует об обры - ве одной из фаз асинхронного двигателя. Однако на выходе устройства защиты импульс Обрыв фазы сформирован не будет, так как к моменту срабаты- вания порогового элемента 10 на третьем йходе элемента И 11 уже не будет импульса синхронизации с блока 13 формирования длительности. Устройство заном ы ожидает прихода слрдукнцего импуль- -л синхронизации с блока 7 управления преобразователя 1 частоты. За время ожидания, равное длительности бестоко- вий паузы, напряжение на выходе фильт- ра 9 уменьшается до нуля, на выходе порогового элемента 10 удерживается сигнал логической 1, что свидетельствует об обрыве одной из фаз асинхронного двигателя.
10
В момент времени t на четвертом выходе блока 7 управления и соответст - венно на выходе блока 13 формирования
длительности импульсов синхронизации
20
появляется импульс синхронизации положит ельной полярности, который проходит через элемент И 11 на выход устройства защиты и далее на блок 7 управления преобразователя частоты. На интервале времени t - t , длительность которого равна задержке на включение очередного ключа инвертора 5 напряжения по отношению к переднему фронту выходного импульса управляемого генератора 25 импульсов блока 7 управления, выходные напряжения датчика 4 тока, блока 8 вы - деления модуля и фильтра 9 остаются равными нулю, а на выходе порогового элемента 10 присутствует сигнал логи- JQ ческой 1, Поэтому длительность выходного импульса Обрыв фазы на выходе устройства защиты однозначно определяется длительностью импульса синхронизации на выходе блока 13.
В момент времени t() включается очередной ключ в инверторе 5 напряжения. Напряжения на выходе датчика 4 тока, блока 8 вьделения модуля и фильтра 9 начинают плавно увеличиваться.
35
40
В момент времени t .„ пороговый элемент 10 возвращается в исходное состояние. Преобразователь 1 частоты должен работать таким образом, чтобы с приходом на блок 7 управления первого импульса Обрыв фазы формирование управляющих импульсов на выпрямитель 2 прекращается, в результате чего выходное напряжение преобразователя 1 частоты и соответственно ток асинхронного двигателя б уменьшаются до нуля. Одновременно с блокировкой управляемого выпрямителя 2 можно блокировать и формирование управляющих импульсов на инвертор 5 напряжения.
Таким пбрлчом, предлагаемое устройство по сравнению с известным имеет сушегтярнно большой допустимый диапазон ИТМГ-МГРНИЯ частоты выходного на
напряжение преобразователя - от номинальной до близкой к нулю. Ложные срабатывания устройства зашиты при работе на малых частотах исключены за счет того, что опрос состояния порогового элемента производится лишь на коротком интервале времени, когда на третьем входе элемента И 11 присутствует импульс синхронизации с блока 13.
Кроме того, существенно упрощается выбор постоянной времени фильтра 9. Ее значения выбираются, исходя лишь из процессов, возникающих в силовой части преобразователя 1 частоты при переключении ключей инвертора 5 напряжения. Характер протекания этих процессов одинаков на всех частотах выходного напряжения преобразователя, поэтому единственным условием, которое необходимо выполнить для обеспечения надежной работы устройства за- щиты, является Јимп.С(Днхр ь Ј , где имисичхр длительность импульса синхронизации положительной полярности на выходе блока 13j Јзад &кл задержка на включение очередного ключа инвертора 5 напряжения (порядка 10-30 мкс), обеспечиваемая работой устройства исключения сквозных токов в блоке 7 управления преобразователя 1 частоты. При практической реализации предлагаемого устройства можно использовать следующее простое соотношение между этими постоянными времени :
i;
имо,
J,5i3aAiS(,A
Если полярность импульсов управляемого генератора с выхода 4 блока 7 управления положительная и их длительность удовлетворяют приведенному уело - вию, то блок 14 формирования импульсов синхронизации может быть исключен из устройства, при этом выход 4 блока управления 7 подключается последовательно к третьему входу элемента И 11.
Формула изобретения
Устройство для защиты трехфазного асинхронного двигателя, питаемого от преобразователя частоты, от работы на двух фазах по авт. св. № 1394321, отличающееся тем, что, с целью расширения допустимого диапазона изменения частоты выходного напряжения преобразователя, оно дополнительно снабжено блоком формирования длительности импульсов синхронизации, вход которого подключен к четвертому
выходу блока управления преобразователя частоты, а выход подключен к третьему входу элемента И.
